Trübung ist ein optischer Effekt, der durch die Wechselwirkung von Licht mit Schwebstoffen in einer Lösung, meist Wasser, entsteht. Schwebstoffe wie Sedimente, Ton, Algen, organische Substanzen und andere Mikroorganismen streuen das durch die Wasserprobe hindurchtretende Licht. Diese Lichtstreuung erzeugt Trübung, die angibt, wie stark das Licht beim Durchgang durch die Wasserschicht behindert wird. Trübung ist kein direkter Indikator für die Konzentration der Schwebstoffe in einer Flüssigkeit. Sie spiegelt diese Konzentration indirekt wider, indem sie die Lichtstreuung der Schwebstoffe in der Lösung beschreibt. Je stärker die Streuung, desto höher die Trübung der wässrigen Lösung.
Trübungsbestimmungsmethode
Trübung beschreibt die optischen Eigenschaften einer Wasserprobe und entsteht durch unlösliche Stoffe im Wasser. Diese führen dazu, dass Licht gestreut und absorbiert wird, anstatt die Probe geradlinig zu durchdringen. Sie ist ein Indikator für die physikalischen Eigenschaften von natürlichem Wasser und Trinkwasser. Anhand der Trübung lässt sich der Grad der Klarheit oder Trübung des Wassers bestimmen. Sie ist ein wichtiger Indikator für die Wasserqualität.
Die Trübung von natürlichem Wasser wird durch feine Schwebstoffe wie Schlamm, Ton, feine organische und anorganische Stoffe, lösliche, farbige organische Stoffe sowie Plankton und andere Mikroorganismen verursacht. Diese Schwebstoffe können Bakterien und Viren adsorbieren. Daher ist eine geringe Trübung förderlich für die Wasserdesinfektion, um Bakterien und Viren abzutöten, was für die Sicherheit der Wasserversorgung unerlässlich ist. Zentrale Wasserversorgungsanlagen mit optimalen technischen Bedingungen sollten daher Wasser mit möglichst geringer Trübung liefern. Die geringe Trübung des Werkswassers trägt dazu bei, Geruch und Geschmack des chlorierten Wassers zu reduzieren und die Vermehrung von Bakterien und anderen Mikroorganismen zu hemmen. Die Aufrechterhaltung einer geringen Trübung im gesamten Wasserverteilungssystem begünstigt das Vorhandensein einer angemessenen Menge an Restchlor.
Die Trübung von Leitungswasser sollte in NTU (Null-Trübungseinheiten) angegeben werden und 3 NTU nicht überschreiten. Unter besonderen Umständen darf ein Grenzwert von 5 NTU nicht überschritten werden. Auch die Trübung vieler Prozesswässer ist von Bedeutung. Getränkehersteller, Lebensmittelverarbeitungsbetriebe und Wasseraufbereitungsanlagen, die Oberflächenwasser verwenden, setzen in der Regel auf Koagulation, Sedimentation und Filtration, um ein zufriedenstellendes Produkt zu gewährleisten.
Es ist schwierig, einen Zusammenhang zwischen Trübung und Massenkonzentration suspendierter Stoffe herzustellen, da Größe, Form und Brechungsindex der Partikel die optischen Eigenschaften der Suspension beeinflussen. Bei der Trübungsmessung müssen alle mit der Probe in Kontakt kommenden Glasgeräte sauber sein. Nach der Reinigung mit Salzsäure oder Tensid mit reinem Wasser spülen und abtropfen lassen. Die Proben werden in Glasfläschchen mit Stopfen entnommen. Nach der Probenahme können sich suspendierte Partikel beim Lagern absetzen und koagulieren. Diese Ablagerungen sind auch nach längerer Zeit nicht mehr rückgängig zu machen. Mikroorganismen können zudem die Eigenschaften der Feststoffe beeinträchtigen. Daher sollte die Messung möglichst zeitnah erfolgen. Falls eine Lagerung erforderlich ist, muss die Probe luftdicht verschlossen und in einem kühlen, dunklen Raum aufbewahrt werden, jedoch nicht länger als 24 Stunden. Vor der Messung muss die Probe, falls sie kühl gelagert wurde, auf Raumtemperatur gebracht werden.
Zur Messung der Trübung von Wasser werden derzeit folgende Methoden angewendet:
(1) Transmissionsmessung (Spektralphotometer und visuelle Methode): Gemäß dem Lambert-Beer'schen Gesetz wird die Trübung der Wasserprobe durch die Intensität des transmittierten Lichts bestimmt. Der negative Logarithmus der Trübung und die Lichtdurchlässigkeit verhalten sich linear: Je höher die Trübung, desto geringer die Lichtdurchlässigkeit. Aufgrund der Gelbfärbung natürlicher Gewässer sowie der Anwesenheit organischer, lichtabsorbierender Substanzen wie Algen, die die Messung beeinträchtigen, wird eine Wellenlänge von 680 nm gewählt, um Gelb- und Grüninterferenzen zu vermeiden.
(2) Streutrübungsmessung: Gemäß der Rayleigh-Formel (Ir/Io = KD, wobei h die Intensität des Streulichts und Io die Intensität der menschlichen Strahlung ist) wird die Intensität des Streulichts unter einem bestimmten Winkel gemessen, um die Trübung von Wasserproben zu bestimmen. Wird das einfallende Licht von Partikeln mit einer Größe von 1/15 bis 1/20 der Wellenlänge des einfallenden Lichts gestreut, folgt die Intensität der Rayleigh-Formel. Partikel mit einer Größe von mehr als der Hälfte der Wellenlänge des einfallenden Lichts reflektieren das Licht. Diese beiden Fälle lassen sich durch Ir ∝ D darstellen. Das Licht, das unter einem Winkel von 90 Grad einfällt, dient üblicherweise als charakteristisches Licht zur Trübungsmessung.
(3) Streu-Transmissions-Trübungsmessgerät: Es verwendet Ir/It = KD oder Ir/(Ir+It) = KD (Ir ist die Intensität des Streulichts, It die Intensität des transmittierten Lichts), um die Intensität des transmittierten und reflektierten Lichts zu messen und so die Trübung der Probe zu bestimmen. Da die Intensität des transmittierten und gestreuten Lichts gleichzeitig gemessen wird, ist die Empfindlichkeit bei gleicher einfallender Lichtintensität höher.
Von den drei genannten Methoden ist das Streu-Transmissions-Trübungsmessgerät aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit überlegen, und die Farbsättigung der Wasserprobe stört die Messung nicht. Aufgrund der Komplexität und des hohen Preises des Geräts ist seine Verbreitung und Anwendung in G jedoch schwierig. Die visuelle Methode ist stark subjektiv geprägt. Tatsächlich wird die Trübung in G meist mit einem Streu-Trübungsmessgerät gemessen. Die Trübung des Wassers wird hauptsächlich durch Partikel wie Sedimente verursacht, und die Intensität des gestreuten Lichts ist höher als die des absorbierten Lichts. Daher ist das Streu-Trübungsmessgerät empfindlicher als das Transmissions-Trübungsmessgerät. Da das Streu-Trübungsmessgerät weißes Licht als Lichtquelle verwendet, ist die Messung realitätsnäher, jedoch kann die Farbsättigung die Messung beeinträchtigen.
Die Trübung wird mittels Streulichtmessung bestimmt. Gemäß der Norm ISO 7027-1984 kann ein Trübungsmessgerät verwendet werden, das folgende Anforderungen erfüllt:
(1) Die Wellenlänge λ des einfallenden Lichts beträgt 860 nm;
(2) Die spektrale Bandbreite des einfallenden Lichts △λ ist kleiner oder gleich 60 nm;
(3) Parallel einfallendes Licht divergiert nicht, und jeder Brennpunkt überschreitet nicht 1,5°.
(4) Der Messwinkel θ zwischen der optischen Achse des einfallenden Lichts und der optischen Achse des gestreuten Lichts beträgt 90±25°.
(5) Der Öffnungswinkel ωθ in Wasser beträgt 20°～30°.
und die vorgeschriebene Meldung der Ergebnisse in Formazin-Trübungseinheiten
① Bei einer Trübung von weniger als 1 Formazinstreuungs-Trübungseinheit beträgt die Genauigkeit 0,01 Formazinstreuungs-Trübungseinheit.
②Bei einer Trübung von 1-10 Formazinstreuungs-Trübungseinheiten beträgt die Genauigkeit 0,1 Formazinstreuungs-Trübungseinheiten;
③ Bei einer Trübung von 10-100 Formazinstreuungs-Trübungseinheiten beträgt die Genauigkeit 1 Formazinstreuungs-Trübungseinheit.
④ Bei einer Trübung von mindestens 100 Formazin-Streutrübungseinheiten muss die Genauigkeit auf 10 Formazin-Streutrübungseinheiten genau sein.
1.3.1 Für Verdünnungsstandards oder verdünnte Wasserproben ist trübungsfreies Wasser zu verwenden. Die Herstellung von trübungsfreiem Wasser erfolgt wie folgt: Destilliertes Wasser wird durch einen Membranfilter mit einer Porengröße von 0,2 μm filtriert (die für die Bakterienprüfung verwendete Filtermembran erfüllt diese Anforderungen nicht). Der Probenkolben wird mindestens zweimal mit dem filtrierten Wasser gespült. Anschließend werden 200 ml verworfen. Die Verwendung von destilliertem Wasser dient dazu, den Einfluss organischer Stoffe im ionenausgetauschten Reinstwasser auf die Bestimmung zu minimieren und das Bakterienwachstum im Reinstwasser zu reduzieren.
1.3.2 Hydrazinsulfat und Hexamethylentetramin können vor dem Wiegen über Nacht in einem Kieselgel-Exsikkator aufbewahrt werden.
1.3.3 Im Temperaturbereich von 12–37 °C hat die Formazinbildung keinen nennenswerten Einfluss auf die Trübung, und unter 5 °C bildet sich kein Polymer. Daher kann die Herstellung der Formazin-Trübungsstandardlösung bei normaler Raumtemperatur erfolgen. Bei zu niedrigen Temperaturen wird die Suspension jedoch leicht vom Glasgerät absorbiert, und bei zu hohen Temperaturen kann der Standardwert für hohe Trübung sinken. Daher sollte die Formazinbildungstemperatur optimalerweise bei 25 ± 3 °C liegen. Die Reaktion von Hydrazinsulfat und Hexamethylentetramin war nach 16 Stunden nahezu abgeschlossen, und die Trübung des Produkts erreichte nach 24 Stunden ihr Maximum. Zwischen den Zeitpunkten 24 und 96 Stunden bestand kein Unterschied.
1.3.4 Bei der Bildung von Formazin sind die Partikel bei einem pH-Wert der wässrigen Lösung von 5,3-5,4 ringförmig, fein und gleichmäßig; bei einem pH-Wert von etwa 6,0 sind die Partikel fein und dicht in Form von Schilfblüten und Flocken; bei einem pH-Wert von 6,6 bilden sich große, mittlere und kleine schneeflockenartige Partikel.
1.3.5 Die Standardlösung mit einer Trübung von 400 Grad kann einen Monat lang aufbewahrt werden (sogar ein halbes Jahr im Kühlschrank), und die Standardlösung mit einer Trübung von 5-100 Grad verändert sich innerhalb einer Woche nicht.
Veröffentlichungsdatum: 19. Juli 2023
